一种用于在冷壁式燃烧室（245）中稳定稀释燃烧的装置，燃烧室中设置有包括至少一个助燃剂注入口（205）和至少一个燃料注入口（210）的燃烧器，助燃剂注入口和燃料注入口分别开设在燃烧室上，且助燃剂注入口和燃料注入口之间具有一定距离，以形成被燃烧产物朝向燃烧器区的内部再循环（220）高度稀释的燃烧（240），其中，该装置包括用于在稳定的操作条件下加热燃烧产物的加热元件（215），以维持自燃条件，该加热元件设置在稀释区中且环绕助燃剂喷嘴和燃料喷嘴（295）。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在冷壁式燃烧室中稳定稀释燃烧的装置
本专利技术涉及一种用于在燃烧室中稳定稀释燃烧的装置，尤其适用于具有高环保性能、节能燃烧技术的燃烧室，该燃烧室也被称为“冷壁式”燃烧室，例如冶炼炉或工业炉，其中，该燃烧室的包含负载的壁的表面温度大约等于或少于1000K。
技术介绍
多数燃烧方法存在燃烧后的烟气中含有不必要排放的氮氧化物（NOx）的问题。氮氧化物会对人类和环境带来不利的影响。例如，会形成酸雨以及在大气臭氧的形成中起到重要的作用。欧洲法规的制定趋势是大量减少氮氧化物的排放。由此，燃烧设备制造商，特别是燃烧器制造商，一直在努力以尽可能地限制氮氧化物的排放。在2011年，根据欧洲LCP法令（no.2001-80-EC）的规定，大型燃烧工厂的氮氧化物排放限值（“ELV”）应为：现有的工业炉为200mg/Nm3气体燃料（O2含量3％），新建炉为100mg/Nm3气体燃料（O2含量3％）。可以预见的是，这些限值在未来几年还会减小。氮氧化物的形成有很多化学途径。对于天然气燃烧炉来说，两个主要的方面是热力型氮氧化物（泽尔多维奇机理Zeldovichmechanism）和快速型氮氧化物（费尼莫尔机理Fenimoremechanism）。热力型氮氧化物的产生非常依赖于温度，当反应区的温度超过1500K时，产生量会显著增加。除了取决于温度，热力型氮氧化物的产生还取决于在热力区停留的时间。通常，对于两种类型的氮氧化物的形成给出的相对意见是：首先减少热力型氮氧化物，然后快速型氮氧化物的改变效果就会显现出来。氮氧化物的减少可以通过两种方式实现，也被称为“主要方法”和“次要方法”。“主要方法”为阻止氮氧化物的形成，而“次要方法”为破坏形成的氮氧化物。其中，“次要方法”具有很多缺点：实施成本高、氨排放量高、降低设备的稳固性能。因此，“主要方法”看起来更可取。大多数炉体燃烧器的低氮氧化物排放量是基于空气和/或燃料的非预先混合（如专利6485289中描述的）。在这种结构中，设置有两个反应区：第一富集区，提供使第二稀薄区保持稳定燃烧的燃料，第二稀薄区处的燃料因为燃烧产物的内循环而被稀释。进一步提升炉体燃烧器的低氮氧化物排放性能的技术包括使用燃烧产品的外部循环器。燃烧的空气通过烟气进行预稀释（几乎为烟道中流动烟气的30%）。如此便可减少助燃流中的氧含量，从而降低温度峰值以及减少热力型氮氧化物的产生。可以参引美国专利US6869277。然而，这样的系统是复杂且昂贵的以及需要经常维护，由此并不被经常使用。无焰燃烧，也被称为“稀释燃烧”，是一种能够限制温度峰值以显著降低氮氧化物排放的燃烧方式。这种燃烧方式是基于通过燃烧产物的内部再循环而强烈稀释助燃剂和喷射燃料，燃烧产物是通过燃料和助燃剂的喷嘴产生的，燃料和助燃剂分别高速注入其中。这种稀释可使强烈的局部燃烧转换为更温和的燃烧。作为稀释剂的产品的较高温度保证了这种燃烧模式的稳定性。与传统的燃烧方式相比，这种燃烧方式的特点是：大型的散热区域、火焰前缘的温度均匀、更低的温度峰值和更小的温度波动，由此减少了氮氧化物的排放以及减弱了声波与散热之间的联系。美国专利US5154599描述了一种无焰燃烧器。其提出了一种蓄热式燃烧器结构，即，烟气被燃烧器吸收，烟气的能量储存在蓄热器中，然后被传递给助燃空气，以加热助燃空气到1200K。在燃烧之前，通过使空气注入点与燃料注入点之间具有足够大的距离（至少是中央喷嘴直径的两倍）以及使再循环的烟气具有较高流量（再循环比至少大于天然气的两倍），以保证反应物的稀释。这种技术在工业上的实施被称为“热式法”，即，炉体内的平均温度远远高于燃料的自燃温度。无焰氧化是通过助燃剂、燃料、燃烧后的气体的三元混合物的自燃而维持的。要发生自燃，必须使混合区的温度高于自燃温度。有两种可能的方法实现这个条件。第一种方法，通过烟气中回收的能量或外部能量源对至少一个反应物（典型的是助燃剂）进行预加热。第二种方法，通过热的燃烧产物的内部再循环使反应物混合区的温度超过燃料的自燃温度。这两种比较稳定的方法普遍应用在高温设备中（燃烧室温度高于自燃温度）。实际上，在这种情况下烟气具有足够的热量以使燃料和/或助燃剂被预加热到较高的温度，从而使混合区的温度超过自燃温度。稀释燃烧的稳定性以及可持续性在“冷壁式”方法中难以实现。随着燃烧产物与壁接触后的冷却，助燃剂、燃料、燃烧产物的再循环混合区的温度很难再超过自燃温度。由此，在高温设备中使用的无焰氧化在冷壁式燃烧室中无法推广普及。然而，对于炉式设备，为了消除这一障碍，一些技术已经被开发出来，只是尚未在工业规模上应用。一种稳定的方法可通过下述方式实现：-引燃火焰，-用于降低自燃温度的催化成分，或者-预加热助燃空气到较高温度。这些技术在成本、性能、复杂度和/或可靠性等方面都普遍存在缺点。在工业环境中火焰稳定的问题并不特定于稀释燃烧。对于炉式燃烧室，“低氮氧化物”燃烧器的火焰稳定通常是基于燃烧强烈、燃料富集的主燃烧区，主燃烧区辅助稀薄燃烧区稳定燃烧，其特征（在通过燃烧产物对空气进行稀释的方面）接近无焰燃烧的特征。美国专利US5407347可以作为现代低氮氧化物燃烧器技术的一个实例。欧洲专利EP1850067可以作为设想通过引燃器稳定高度稀释燃烧的稀释燃烧设备的一个实例。然而，这些稳定类型中存在形成热区不便的特点，导致潜在的高氮氧化物排放的风险。对于内燃机设备，汽油发动机中的“HCCi”（均质压燃的缩写）的燃烧特性，稀释燃烧的混合方面的特性，是由火花塞实现的。而就工业燃烧器的持久运行特性来说，不能应用火花点燃技术。
技术实现思路
本专利技术旨在克服上述全部或部分缺点。为了上述目的，第一方面，本专利技术提出了一种冷壁式燃烧室中用于稳定稀释燃烧的装置，燃烧室中设置有包括至少一个助燃剂注入口和至少一个燃料注入口的燃烧器，助燃剂注入口和燃料注入口分别开设在燃烧室上，且助燃剂注入口和燃料注入口之间具有一定距离，以形成被燃烧产物朝向燃烧器区的内部再循环高度稀释的燃烧。该装置包括用于在稳定的操作条件下加热燃烧产物的加热元件，以维持自燃条件，该加热元件设置在稀释区中且环绕助燃剂喷嘴和燃料喷嘴。基于这些限定，稳定的稀释燃烧能够实现。本专利技术的装置具有很多工业设备的有用特性，例如非常低的氮氧化物和一氧化碳的排放，传递到负载的高均匀性和温度峰值强度的降低，反应区均匀分散在空间中，产热更均匀，火焰对热声振荡的敏感度更低。在炉中插入加热元件，通过加热再循环燃烧产物而维持在混合区局部的稳定高稀释燃烧所需的自燃条件。根据特定的特性，加热元件包括电阻。根据特定的特性，加热元件包括通过辅助燃烧、燃烧产物或中间流体提供加热产物的加热管。根据特定的特性，加热元件包括提供燃烧产物的多孔管。根据特定的特性，加热元件设置在燃烧器的底部。在燃烧产物到达燃烧器区之前，加热元件加热燃烧产物，燃烧产物在燃烧器区首先与助燃剂混合，然后再与燃料混合。助燃剂和燃料是分别注入的。由于烟气被加热元件加热，因此燃料/助燃剂混合区的温度超过了混合物的自燃温度。在燃烧产物与反应物混合之前加热燃烧产物的加热元件形成了一个热区（温度高于自燃温度），该热区形成在喷射的助燃剂和燃料的相遇点。根据特定的特性，加热元件维持加热后的再循环燃烧产物的温度低于使热力本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于在冷壁式燃烧室（245）中稳定稀释燃烧的装置，燃烧室中设置有包括至少一个助燃剂注入口（105，205）和至少一个燃料注入口（110，210）的燃烧器，助燃剂注入口和燃料注入口分别开设在燃烧室上，且助燃剂注入口和燃料注入口之间具有一定距离，以形成被燃烧产物朝向燃烧器区的内部再循环（140，220）高度稀释的燃烧（130，240），其特征在于，包括用于在稳定的操作条件下加热燃烧产物的加热元件（145，215），以维持自燃条件，该加热元件设置在稀释区（120）中且环绕助燃剂喷嘴和燃料喷嘴（295）。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.09.01 FR 11577371.一种用于在冷壁式燃烧室(245)中稳定稀释燃烧的装置，燃烧室中设置有包括至少一个助燃剂注入口(105，205)和至少一个燃料注入口(110，210)的燃烧器，助燃剂注入口和燃料注入口分别开设在燃烧室上，且助燃剂注入口和燃料注入口之间具有一定距离，以形成被燃烧产物朝向燃烧器区的内部再循环(140，220)高度稀释的燃烧(130，240)，其特征在于，包括用于在稳定的操作条件下加热燃烧产物的加热元件(145，215)，以维持自燃条件，该加热元件设置在具有再循环燃烧产物的燃料和具有再循环燃烧产物的助燃剂的稀释区(120)中，且在助燃剂和燃料接触区前环绕助燃剂喷嘴和燃料喷嘴(295)。2.根据权利要求1所述的用于在冷壁式燃烧室(245)中稳定稀释燃烧的装置，其特征在于，加热元件(145，215)沿着所述喷嘴中的注入轴(250)延伸到至少超过助燃剂喷嘴和燃料喷嘴的接触区(235)。3.根据权利要求1至2中任一所述的用于在冷壁式燃烧室(245)中稳定稀释燃烧的装置，其特征在于，加热元件(145，215)环绕火焰区域(240)。4.根据权利要求1所述的用于在冷壁式燃烧室(245)中稳定稀释燃烧的装置，其特征在于，加热元件(145，215)包括电阻。5.根据权利要求1至2中任一所述的用于在冷壁式燃烧室(245)中稳定稀释燃烧的装置，其特征在于，加热元件(145，215)包括加热管，该加热管通过辅助燃烧、燃烧产物或中间流体提供加热产物。6.根据权利要求1至2中任一所述的用于在冷壁式燃烧室(245)中稳定稀释燃烧的装置，其特征在于，加热元件(145，215)包括提供燃烧产物的多孔管。7.根据权利要求1至2中任一所述的用于在冷壁式燃烧室(245)中稳定稀释燃烧的装置，其特征在于，加热元件(145，215)设置在燃烧器的底部。8.根据权利要求1至2...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·昆奎诺，C·维莱莫，M·乌利亚克，M·阿尤布，D·霍诺雷，
申请(专利权)人：苏伊士环能集团，
类型：发明
国别省市：法国;FR
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